¿Qué es un/unaamplificador óptico semiconductor
Un amplificador óptico semiconductor (SOA) es un tipo de amplificador óptico que utiliza un medio de ganancia semiconductor. Es similar a un diodo láser, en el que el espejo en el extremo inferior se reemplaza por un recubrimiento semirreflectante. La luz de señal se transmite a través de una guía de onda monomodo semiconductora. La dimensión transversal de la guía de onda es de 1 a 2 micrómetros y su longitud es del orden de 0,5 a 2 mm. El modo de la guía de onda se superpone significativamente con la región activa (de amplificación), que es excitada por la corriente. La corriente inyectada genera una cierta concentración de portadores en la banda de conducción, lo que permite la transición óptica de la banda de conducción a la banda de valencia. La ganancia máxima se produce cuando la energía del fotón es ligeramente superior a la energía de la banda prohibida. El amplificador óptico SOA se utiliza típicamente en sistemas de telecomunicaciones en forma de latiguillos, con una longitud de onda de operación de alrededor de 1300 nm o 1500 nm, proporcionando una ganancia de aproximadamente 30 dB.
Elamplificador óptico semiconductor SOAEs un dispositivo de unión PN con una estructura de pozo cuántico de tensión. La polarización directa externa invierte el número de partículas dieléctricas. Tras la entrada de la luz de excitación externa, se genera radiación estimulada, logrando la amplificación de las señales ópticas. Los tres procesos de transferencia de energía mencionados anteriormente se dan en el dispositivo.amplificador óptico SOALa amplificación de señales ópticas se basa en la emisión estimulada. Los procesos de absorción y emisión estimuladas coexisten. La absorción estimulada de la luz de bombeo acelera la recuperación de portadores, mientras que el bombeo eléctrico envía electrones a un nivel de alta energía (banda de conducción). Al amplificarse la radiación espontánea, se genera ruido de radiación espontánea amplificado. El amplificador óptico SOA se basa en chips semiconductores.
Los chips semiconductores están compuestos de semiconductores compuestos, como GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP e InP/InAlGaAs, entre otros. Estos son también los materiales utilizados para fabricar láseres semiconductores. El diseño de la guía de onda de un SOA es igual o similar al de los láseres. La diferencia radica en que los láseres necesitan formar una cavidad resonante alrededor del medio de ganancia para generar y mantener la oscilación de la señal óptica. La señal óptica se amplifica varias veces dentro de la cavidad antes de ser emitida.amplificador SOA(Lo que aquí se analiza se limita a los amplificadores de onda viajera utilizados en la mayoría de las aplicaciones). La luz solo necesita atravesar el medio de ganancia una vez, y la reflexión hacia atrás es mínima. La estructura del amplificador SOA consta de tres áreas: Área P, Área I (capa activa o nodo) y Área N. La capa activa suele estar compuesta de pozos cuánticos, que mejoran la eficiencia de conversión fotoeléctrica y reducen la corriente umbral.
Figura 1 Láser de fibra con SOA integrado para la generación de pulsos ópticos
Aplicado a la transferencia de canal
Los SOA no solo se utilizan para la amplificación: también se emplean en comunicaciones por fibra óptica, en aplicaciones basadas en procesos no lineales como la ganancia por saturación o la polarización de fase cruzada, que aprovechan la variación de la concentración de portadores en el amplificador óptico SOA para obtener diferentes índices de refracción. Estos efectos se pueden aplicar a la transferencia de canal (conversión de longitud de onda), la conversión del formato de modulación, la recuperación de reloj, la regeneración de señal y el reconocimiento de patrones, entre otros, en sistemas de multiplexación por división de longitud de onda.
Con el avance de la tecnología de circuitos integrados optoelectrónicos y la reducción de los costes de fabricación, los campos de aplicación de los amplificadores ópticos semiconductores SOA como amplificadores básicos, dispositivos ópticos funcionales y componentes de subsistemas seguirán expandiéndose.
Fecha de publicación: 23 de junio de 2025